在現代工業生產中，對水、原料等關鍵介質的精確計量與控制，是保障產品質量、提升生產效率、降低能耗與成本的核心環節。無論是關乎民生的食品飲料生產，還是工藝復雜的化工制造，定量控制系統都扮演著不可或缺的角色。本文將探討食品廠水定量控制與化工廠原料定量控制的一般原理與重要性，并以典型化工原料“均四甲苯”為例，深入剖析定量控制系統的具體應用。

一、 定量控制系統概述

定量控制系統，是指通過傳感器、控制器、執行機構（如泵、閥）及流量計等設備的集成，實現對管道內流體介質（液體或氣體）按預設量進行自動、精確投放或截斷的系統。其核心目標是：在正確的時間，向正確的位置，投放或輸送精確的物質量。 一套典型的定量控制系統通常包括：

1. 測量單元：如流量計，實時監測介質流量。
2. 控制單元：如PLC（可編程邏輯控制器）或專用定量控制儀，接收流量信號，與設定值比較并發出控制指令。
3. 執行單元：如電磁閥、調節閥、計量泵等，執行開啟、關閉或調節流量的動作。
4. 人機界面：用于參數設定、過程監控和數據記錄。

二、 食品廠水定量控制：潔凈與標準的基石

在食品、飲料、乳制品等工廠，水不僅是重要的生產原料（如配制溶液、清洗原料），也是主要的清洗和消毒介質。其定量控制至關重要：

• 保證產品配方一致：在飲料勾兌、湯料制備等環節，水的添加量直接影響產品的口感、色澤和理化指標，精確控制是品質穩定的前提。
• 滿足CIP（原地清洗）要求：清洗不同設備或管道時，需要定量投放清洗水、酸、堿液，確保清洗效果同時避免浪費。
• 符合衛生與節水標準：精確控制清洗用水量，既能滿足食品衛生安全法規，又能實現水資源的高效利用，降低生產成本。

在此類應用中，系統多采用衛生級渦輪流量計、電磁流量計配合氣動或電動衛生蝶閥，控制器設定好單次批量（如10噸清洗水）后，系統自動運行至目標值關閉。

三、 化工廠原料定量控制：安全與效率的命脈

化工生產過程中，原料的投料精度直接關系到反應進程、產品收率、生產安全乃至廢棄物生成量。其控制要求通常比食品行業更高、更復雜：

• 高精度與重復性：許多化學反應對原料配比極其敏感，微小誤差可能導致產品不合格甚至安全事故。
• 介質多樣性：原料可能是腐蝕性液體、高粘度流體、易燃易爆或有毒化學品，對測量儀表和執行機構的材質、密封、防爆有特殊要求。
• 工藝聯動性：定量投料常需與溫度、壓力、攪拌等其他工藝參數連鎖控制。

四、 案例聚焦：均四甲苯的定量控制

均四甲苯（1,2,4,5-四甲基苯）是一種重要的有機化工原料，主要用于生產均苯四甲酸二酐（PMDA），進而制造耐高溫的聚酰亞胺工程塑料、絕緣漆等。在其生產、儲存和下游應用（如作為反應原料投加）中，定量控制尤為關鍵。

1. 控制難點：

• 物理特性：常溫下為白色結晶固體（熔點約79-81℃），在實際儲運和投料時常需保溫使其保持液態，因此控制系統需考慮保溫伴熱。

• 測量挑戰：液態時屬于易結晶、中等粘度流體。若溫度控制不當，可能在管道或儀表內局部結晶，導致測量失準或堵塞。

• 安全要求：易燃，其蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，相關電氣設備需滿足防爆要求。

1. 系統設計要點：

• 儀表選型：

• 流量測量：優先選用適用于粘性液體的質量流量計（如科里奧利流量計）。它能直接測量質量流量，不受溫度、密度變化影響，精度高，且對流體狀態適應性強。其次是帶保溫夾套的橢圓齒輪流量計，適合高粘度液體。

• 閥門選型：采用帶保溫夾套的氣動（或電動）球閥或截止閥，閥門材質需耐均四甲苯腐蝕（通常不銹鋼即可），執行機構需防爆。快速切斷閥用于安全聯鎖。

• 管路設計：整個輸送和計量管路需配備完整的蒸汽或電伴熱系統及保溫層，并設置溫度監控點，確保均四甲苯始終處于安全的液態溫度區間（如85-120℃）。

• 控制邏輯：

• 批量控制：在DCS或PLC中設定每批（或每反應釜）所需投加的均四甲苯質量。系統啟動后，開啟相應閥門，質量流量計實時累積流量，到達設定值時，控制器立即發出指令關閉閥門，完成單次定量投加。

• 溫度聯鎖：當管路溫度低于設定下限時，系統報警并可能禁止投料或啟動加強伴熱。

• 安全聯鎖：與反應釜的壓力、攪拌狀態等聯鎖，確保在安全條件下投料。

1. 效益體現：

• 提升產品質量：精確的原料配比是合成高純度PMDA的基礎。

• 保障生產安全：避免過量投料導致的反應失控風險，防爆設計杜絕火源。

• 減少原料損耗：高精度計量避免了每批次的微小浪費，長期效益顯著。

• 實現自動化：取代危險、重復的人工投料操作，降低勞動強度，提高生產效率。

五、

從食品廠的用水管理到化工廠的關鍵原料投加，定量控制系統是實現工業自動化、精細化生產的核心技術手段。面對不同的介質與工藝要求，系統的核心在于“量體裁衣”——針對介質的物理化學特性（如均四甲苯的易結晶性）和工藝的安全精度要求，進行合理的儀表選型、管路設計與控制邏輯編程。隨著傳感器技術、控制算法和工業互聯網的發展，未來的定量控制系統將更加智能、集成與可靠，為現代制造業的提質、增效、降本、安全提供堅實保障。